Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Величина а„для мембран с защитными дисками или без них (см. рис. 9.16, б, г) определяется по формуле а„=0,33 1+ — ~-ь (9.65) Для сильфонов можно принимать а„= 1. После определения всех конструктивных параметров редуктора по уравнению характеристики проверяем, удовлетворяет ли редуктор заданным условиям работы. Для этого, задаваясь рядом значений р,„(обычно с интервалом 2...5 МПа), подсчитываем р„,„. Если значения р„,„ не выходят из заданных пределов, расчет считается законченным.
Если же характеристика редуктора вышла из заданных пределов, то с учетом влияния параметров на характеристику, описанным выше, корректируем конструктивные параметры редуктора и проводим расчет заново. Действительная точность работы редуктора Точность работы редуктора определяется величиной ~Ар,„„. При работе редуктора действительная величина отклонения давления на выходе Ьр,„„в будет больше теоретической величины Лр,„„, полученной из расчета. Причина отклонения заключается в невозможности абсолютно точного изготовления деталей редуктора и точной его настройки. В зависимости от класса точности изготовления редуктора действительное отклонение можно оценить величиной дарьи .в = Лр,их+ (0,05...0,! 5).
(9.66) Следует также иметь в виду, что на величину выходного давления р,„„ влияет и температура редуктора, так как при изменении температуры изменяются механические свойства упругих элементов редуктора и их размеры. Пример расчета редуктора Рассчитать редуктор лля редуцирования давления воздуха, подаваемого из баллона с начальным давлением 30 МПа до р„„= 3,4 МПа при заданном расходе воздуха через редуктор т = 0,4 кг!с и условиях, что при понижении давления на входе 9.5. Расчет редуктора 459 дор.х и= 4,5 МПа расчетное отклонение давления на выходе не должно превышать + 0,05 МПа и что при начале редуцирования температура газа в баллоне равна 18 'С. Р е ш е н и е.
Определим дросселирующее сечение редуктора по формуле (9.58): т Рдроо Рвх ми хф~вх иип Примем р = 0,8. Для отношения 0 75 Р,х ияи 4,5 при докритическом режиме течения воздуха (показатель адиабаты 7 = 1,4) по формуле (9.29) или по графику, представленному на рис. 9.11, находим А(7) = 0,6. Считая расширение воздуха в баллоне политропическим (и = 1,25), по формуле (9.1) получаем и-! ь25-1 Рвх ихвх,/ х 30 Отсюда имеем дров — 0 446 ° 10, м 0,8 0,6 4,5.10' х/287 199 Рассмотрим схему редуктора, представленную на рис.
9.8, а, с диаметром клапана Ы = 18 мм. Считаем, что Ы,р = Ы . Определяем затяжку пружины. Для улучшения характеристики редуктора берем диаметр плунжера Ы„на 0,3% больше Ы, т. е. Ы„= 18,05 мм. Определяем необходимую силу пружины при отсутствии расхода, т. е. при 6 = 0: 0 = Рвых ~кл + Рвх иых (Гп — Ркв ) = =3,4 10 ' ' +30 10 — '(0,01805 — 0,018 )= 907,7,Н. 3,14 0,018 х 3,14 4 4 Пружину рассчитываем на силу Д = 907,7 Н. Материал пружины — кремнистая сталь 60С2.
Для нее т = 736 МПа, модуль сдвига 6 = 78500 МПа. При расчете размеров пружин используются обычные формулы, применяемые в расчетах деталей машин. 460 Глава 9. Двигательные установки с вытеснителъной системой подачи р,, МПа 3,50 3,45 3,40 3,35 3,30 0 20 р „МПа 1О Рис. 9.18. Пример расчета характеристики редуктора Задаем индекс пружины с =.О/Н= 5. Для с = 5 коэффициент кв = 1,3.
Диаметр витка пружины вычисляем по формуле ~~~сД 1,3 5 907,7 И=16~ =16 ' ' = 000453 м = 453 мм. т 736 1О Пусть с/= 4,5 мм, /3 = сЫ = 22,5 мм. Задаем жесткость пружины к = 50500 Нlм и определяем необходимое число витков бсК 78500.10 0,0045 — — — 6,99. 8к/Э 8 50500 0,0225 Берем рабочее число витков / = 7. Уточняем значение жесткости пружины бЫ 78500 1О 0,0045 — 50464, Н/м. 8/3 1 8 0,0225 7 По уравнению (9.46) рассчитываем характеристику редуктора. Расчет приведен в табл.
9.2. Графически зависимость р,„„=/(р,„) представлена на рис. 9.18, откуда видим, что давление на выходе остается в заданных пределах. 9.6. Вытеснительные системы подач пороховым и жидкостным аккумуляторами давления Кроме сжатого газа, для вытеснения компонентов из баков можно использовать также горячие продукты сгорания, получаемые при сжигании в газогенераторе твердого или жидкого топлива. Такие газогенераторы называют соответственно пороховым аккумулятором давления (ПАД) или жидкостным аккумулятором давления (ЖАД). Поэтому различают вытеснительные системы подачи с ПАД или с ЖАД. 462 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой подачи Система подачи с пороховым аккумулятором давления Помимо применения ПАД как привода для ТНА и, в первую очередь, как стартера для раскрутки ТНА, иногда его используют как основной агрегат вытеснительной системы подачи.
Элементарная схема такой системы показана на рис. 9.19, где компоненты вытесняются из баков продуктами сгорания пороха, образующимися при сгорании его в ПАД. Преимущество системы подачи с ПАД по сравнению с газобаллонной системой подачи состоит в конструктивной компактности и несколько лучших массовых характеристиках. Однако большим недостатком таких систем является трудность получения стабильных и надежных характеристик их работы. На характеристики системы подачи с ПАД большое влияние оказывает изменение внешних условий, так как при этом изменяются как законы горения твердого топлива (ТТ), так и условия тепломассообмена продуктов сгорания последнего с окружающей средой, элементами конструкции и вытесняемыми компонентами.
Кроме того, при подаче с помощью ПАД в баке окислителя происходит догорание продуктов сгорания, так как обычно в составе ТТ имеется избыток горючих элементов. При этом протекание процесса догорания в значительной степени зависит от различных случайных факторов (например, всплесков компонентов, их температуры и т. д.). Все эти причины весьма снижают надежность работы системы, вследствие чего вытеснительные системы подачи с ПАД получили сравнительно малое распространение.
Примером установок, имеющих вытеснительные системы с ПАД, являются двигательные установки зенитной ракеты «Тайфун», ампульные двигательные установки ракетных снарядов «Спэрроу» и «Буллап», а также двигательная установка первой ступени ракеты «Диамант» [Г1. Также пороховые аккумуляторы давления могут использоваться для генерации рабочего тела в жидкостных ракетных двигательных установках, где вытеснение компонентов из баков осуществляется с помощью мембран или поршней, приводимых в движение продуктами сгорания ТТ. С особенностями горения ТТ и внутренней баллистики твердотопливных газогенераторов можно ознакомиться в специальной литературе, например 3 2 3 4 3 4 5 6 Рис. 9.19.
Схема вытесиительиой подачи с ПАД: 1 — пусковой ПАД; 2 — ПАД; 3 — отражатели; 4 — баки; 5 — мембраны; 6 — камера двигателя 9.б. Вытеснителъные системы подач аккумуляторами давления 463 в [37]. Ниже мы приведем только данные, необходимые для понимания прин- ципов функционирования вытеснительной системы подачи топлива с ПАД. Свойства порохов При создании ПАД одна из проблем заключается в обеспечении постоянства по времени расхода пороховых газов заданного давления. Как известно, твердое топливо горит параллельными слоями с поверхности.
Для того чтобы получить равномерное по времени выгорание заряда, а следовательно, и постоянное газовыделение, необходимое для равномерного вытеснения топлива из баков, нужно иметь постоянную (нейтральную) поверхность горения. Для этого применяют так называемые бронированные заряды, часть поверхности которых покрыта составом, не допускающим горения твердого топлива под бронировкой.
Поэтому горение бронированного заряда может происходить только на открытой поверхности. Если необходимо поддерживать равномерное по времени горение ТТ, открытыми (небронированными) оставляют торцы заряда (один или оба). Поверхность горения такого заряда остается постоянной и равной площади торца (рис. 9.20, а). Следовательно, остается постоянным и количество выделяемых в единицу времени продуктов сгорания т „. На рис.
9.20, б показан одноканальный заряд с прогрессивной поверхностью горения, увеличивающейся за счет 1 2 1 2 разгара внутреннего диаметра горящей поверхности. Если у данного заряда забронировать только оба торца, то площадь поверхности горения будет постоянной, следовательно, постоянным буб дет и Расход пРодУктов сгоРаниЯ. Рис 9 20 Виды зарядов твердого Заметим, что подбором геометрии заряда можно добиться постоянства поверх- а — с постоянной поверхностью горения; ности горения и газовыделения. б — с переменной поверхностью горения; Скорость горения ТТ в первую оче- 1 — бронировка; 2 — поверхность горения редь определяется давлением, при котором происходит сгорание.
Для большинства ТТ в интервале давлений до 20 МПа зависимость скорости горения и от давления может быть определена формулой и= и1,м/с, (9.б7) где р„— давление в камере сгорания ПАД (Па); и~ — скорость горения ТТ при нормальных условиях, зависящая от состава ТТ и являющаяся его пас- 464 Глава 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
